一种基于吹塑技术的快速成型装置的制作方法

本发明涉及快速成型领域，具体涉及一种高聚物瓶坯快速成型装置。

背景技术：

吹塑技术是一种发展迅速的塑料加工方法。热塑性树脂经挤出或注射成型得到的管状塑料型坯，加热到软化状态，将其置于对开模中，闭模后立即在型坯内通入压缩空气，使塑料型坯吹胀而紧贴在模具内壁上，经冷却脱模，即得到各种中空制品。但吹塑技术需要依靠模具对瓶坯定型，其开模周期较长，开模成本较高，不适用于单件、小批量或个性化定制产品的制作和生产。

技术实现要素：

本发明针对现有技术所存在的不足，提供一种高聚物瓶坯快速成型装置。利用夹具夹取现有瓶坯并向瓶坯内部通入压缩空气，利用与瓶坯同轴旋转的并可在竖直方向移动的激光头对瓶坯指定位置进行激光扫描照射并一定程度上对瓶坯表面熔融，通过微机系统精确控制气泵工作状态保持瓶坯内部压力恒定，并控制激光头的可控开闭，实现瓶坯形变量精准控制。本发明可避免传统吹塑工艺开模环节，实现低成本单件或小批量快速个性化定制瓶坯成型，可在瓶坯表面快速立体造型或对瓶坯整体快速塑型。

本发明的技术方案是：一种基于吹塑技术的快速成型装置，由机架、吹塑单元、激光熔融单元和微机控制系统组成，其中吹塑单元包括瓶坯、气泵和三爪定心瓶坯夹具，三爪定心瓶坯夹具固定在机架上板的中心，利用安装在设备顶部轴心处的三爪定心瓶坯夹具将已初步成型的圆柱型瓶坯固定并使其轴心与设备轴心重合，设备顶部轴心处上端安装气管，气泵出气口通过气管与瓶胚形成密闭流道，在加工过程中气泵始终保持工作状态，在瓶胚容积发生变化时，气泵对瓶胚内部气体进行保压，使其内部一直处于高压状态；其中激光熔融单元包括激光发射器、光轴导轨、竖直方向滚珠丝杠模组、Z轴电机、弧形滑块、圆环导轨、三叉形支架、三叉形圆环支架、配重块和旋转电机，位于设备下端的三叉形支架的中心处正下方与旋转电机输出轴相连。三叉形支架的每个悬臂夹角为120°且均与一个弧形滑块相连，弧形滑块与圆环导轨可实现滑动配合。竖直方向滚珠丝杠滑台模组下端安装在其中一个弧形滑块上，Z轴电机安装在滚珠丝杠下方。为保证结构完整性和运行平稳性，另两弧形滑块上安装有作为结构支撑作用的光轴导轨和为避免高速旋转产生动平衡问题的配重块。光轴和滚珠丝杠模组上端与弧形滑块连接，三叉形圆环支架每个悬臂均与一个弧形滑块相连。激光发射器固定在竖直方向滚珠丝杠滑台模组之上，激光发射器扫描方向为水平方向并向设备轴心照射。选用激光发射器需在激光照射到目标位置后0.1ms内熔融瓶坯表层，若选用激光发射器功率较小，无法在短时间内熔融瓶坯表层，降低设备加工效率。激光发射器通过Z轴电机和旋转电机联动可实现对瓶坯外壁的水平方向扫描熔融。对于瓶坯外壁，激光照射某位置时间越长，由于瓶坯内部保持持续高压，瓶坯向外产生可控形变量越大，达到三维立体塑性效果；其中微机控制系统单元包括微机和压力传感器，压力传感器安装在气管与瓶坯接口处，其测量的数值反馈到微机中，微机对气泵出气量进行控制，保持瓶坯内部压力恒定，形成对瓶坯内部压力的闭环精确控制。微机控制Z轴电机、旋转电机和激光发射器三者协调统一，通过控制两电机联动可使激光对瓶坯外壁进行全方位扫描熔融；通过控制旋转电机的转速可调整熔融程度影响瓶坯形变量；通过控制激光发射器的开闭可精确控制形变位置。

本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置，在激光发射器的发射头部安装伸缩可控的球头靠模，激光可穿过球头靠模照射到瓶坯上，球头靠模限制瓶坯的最大位移，球头靠模的伸缩移动可以采用气动或电机驱动滚珠丝杠，移动的位置靠微机的程序与位移传感器联合控制。有了球头靠模，瓶坯形变量控制精度更高。

在激光发射器的发射头部安装有红外测温仪，红外测温仪测量激光照射点的温度，根据温度来控制照射的时间。防止温度太高瓶坯吹破，防止温度太低瓶坯不易变形。

本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置加工方法是：利用安装在设备轴心处顶部的三爪定心瓶坯夹具将已初步成型的圆柱型瓶坯固定并使其轴心与设备轴心重合。气泵和瓶坯口间利用气管形成密闭流道，在加工过程中气泵始终保持工作状态，并在瓶坯体积变化时保持瓶坯内部气压恒定。安装在滚珠丝杠模组上的激光发射器通过微机控制的Z轴电机和旋转电机联动可实现对瓶坯外壁的全方位激光扫描实现可控尺度熔融。激光照射瓶坯某位置时间越长，由于气泵持续工作使瓶坯内部保持持续高压，瓶坯向外产生可控形变量越大。利用瓶坯外壁不同位置形变量的差异，实现最终的三维立体造型效果。

本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置与现有中空吹塑成型设备相比，激光照射与气压吹塑相结合可实现低成本快速加工单件或小批量个性化定制瓶坯的功能。

附图说明

图1是本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置原理示意图。

图2是本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置斜上视角示意图。

图3是本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置的机架结构示意图。

图中：1-机架；2-瓶坯；3-气泵；4-三爪定心瓶坯夹具；5-激光发射器；6-旋转电机；1-1-弧形滑块；1-2-光轴导轨；1-3-Z轴电机；1-4-竖直方向滚珠丝杠模组；1-5-三叉形圆环支架；1-6-三叉形支架；1-7配重块；1-8圆环导轨。

具体实施方式

本发明提供了一种基于吹塑技术的快速成型装置，如图1和图2所示，该装置由机架1、吹塑单元、激光熔融单元和微机控制系统单元组成，其中吹塑单元包括瓶坯2、气泵3和三爪定心瓶坯夹具4；其中激光熔融单元包括激光发射器5、光轴导轨1-2、竖直方向滚珠丝杠模组1-4、Z轴电机1-3、弧形滑块1-1、圆环导轨1-8、三叉形支架1-6、三叉形圆环支架1-5、配重块1-7和旋转电机6，如图3所示；其中微机控制单元包括微机和压力传感器。

本发明一种基于吹塑技术的快速成型装置的工作过程是利用安装在设备轴心处顶部的三爪定心瓶坯夹具4将已初步成型的圆柱型瓶坯2固定并使其轴心与设备轴心重合，如图1和图2所示。气泵3和瓶坯口间利用气管形成密闭流道，在加工过程中气泵3始终保持工作状态，并在瓶坯2体积变化时保持瓶坯2内部气压恒定。机架1的上板和下板都安装有圆环导轨1-8，两个光轴导轨1-2和一个竖直方向滚珠丝杠模组1-4将三叉形圆环支架1-5、三叉形支架1-6限制在上板和下板的圆环导轨1-8上滑动，瓶坯2穿过机架上板的三叉形圆环支架1-5，安装在滚珠丝杠模组1-4上的激光发射器5通过微机控制的Z轴电机1-3和旋转电机6联动可实现对瓶坯2外壁的全方位激光扫描实现可控尺度熔融。激光照射瓶坯2某位置时间越长，由于气泵3持续工作使瓶坯2内部保持持续高压，瓶坯2向外产生可控形变量越大。利用瓶坯2外壁不同位置形变量的差异，实现最终的三维立体造型效果。